Wind Turbine Performance and Noise Prediction by Using Free Wake Method

In this paper, a free wake analysis based on the curved vortex element and CVC wake model is used to predict the aerodynamic performance and noise for HAWT. Also for prediction of RPM, a maximum value through a quadratic regression was suggested. And for a noise prediction, the broadband noise prediction method based on experimental equation was used. The curved vortex element uses a BCVE and an SIVE instead of a straight vertex element. In the CVC wake model, the vortex strengths are assumed to be constant along a span and a vortex filament. The free wake structure made by the curved vortex element and CVC was substituted for a vortex lattice, so it has an advantage for the less calculation time and a depiction of accurate wake structure. For the verification of this program, calculated results are compared with Mr. Kim's experiment model and Zond Z-40FS for performance and with WTS-4 and USWP models for noise. Good agreements are obtained between the predicted and the measured data for the performance and far-field noise spectra.

자유후류 해석을 통한 수평축 풍력 터빈의 성능 및 소음 예측

본 연구에서 곡선 와동 요소와 CVC (Constant Vorticity Contour) 후류 모델이 수평축 풍력 터빈의 공력 성능 및 소음을 예측하기 위해 사용되었다. 또한 2차 회귀에 근거하여 회전수의 예측을 하였다. 광대역 소음을 예측은 경험식에 근거한 방법을 사용하였다. 직선 와동요소 대신에 BCVE (Basic Curved Vortex Element)와 SIVE(Self Induction Vortex Element)를 사용하는 곡선 와동 요소를 사용하였으며 CVC 후류 모델에서 와동의 강도는 블레이드의 스팬방향 및 와동을 따라서 일정하다고 가정하였다. 이렇게 만들어진 자유 후류는 와동 격자를 대치한다. 본 방법은 여타의 방법에 비해 휠씬 적은 계산 시간을 요구하며 후류의 정확한 구조를 모사할 수 있었다. 검증을 위해서는 김준모의 실험과 Zond사의 Z-40FS의 모델을 성능 예측 결과와 WTS-4와 USWP를 소음 예측 결과와 비교하였다. 계산 결과는 실제의 실험치와 잘 일치하는 것으로 나타났다.